В настоящей монографии представлены результаты комплексных исследований Толбачинского трещинного извержения 2012−2013 гг. (ТТИ-50). Экспедиционными отрядами Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН с участием других институтов и Геофизической службы
РАН проводились наблюдения за ходом извержения, отбирались образцы изверженных продуктов, с помощью спутниковых наблюдений и аэрофотосъемки оценивались развитие лавовых потоков и их объем. Непрерывные сейсмические наблюдения и данные GPS станций позволили
оценить деформационные процессы, связанные с извержением.
В монографии подробно рассматриваются обобщенная вулкано-тектоническая позиция Ключевской группы вулканов и Толбачинского вулканического массива, развитие сейсмичности и деформационных процессов, предшествующих и сопровождавших ТТИ-50. Проведено детальное исследование вещественного состава продуктов извержения. Предыдущее трещинное извержение в этой зоне произошло в 1975−1976 гг. и было детально изучено различными методами, но за 36 лет появились новые технологии, которые позволили исследовать ТТИ-50 на современном уровне. Дистанционные исследования содержания газа в вулканических облаках, спутниковые наблюдения за распространением пепловых выбросов и лавовых потоков, а также инфракрасная съемка лавовых полей и активных кратеров и синвулканические геохимические и петрологические исследования дали возможность детально реконструировать весь процесс извержения.
Изучение изменения вещественного состава продуктов извержения ТТИ-50 во времени показало, что в начале извержения была дренирована верхняя, более остывшая и фракционированная, часть магматического очага. В последующем на поверхность начали поступать расплавы из более глубинных частей очага; геохимически это выразилось в смене состава пород. Детальное строение среды под Толбачинским вулканическим массивом было получено по данным наблюдения 30 сейсмических станций, специально установленных для исследования скоростной структуры. Сейсмотомографическая модель определяет несколько каналов питания вулкана ПлоскийТолбачик и ареальной зоны шлаковых конусов на Толбачинском доле. По предварительным данным определена взаимосвязь между глубинными зонами питания вулканов Ключевской, Безымянный и Толбачик.
Результаты, представленные в монографии, позволят сделать важные обобщения по механизму подобных извержений, строению коры и мантии под Ключевской группой вулканов и определению сложной системы магматического питания Толбачинского вулканического массива,связанной с общими особенностями Камчатской зоны субдукции.
Книга адресована специалистам в области петрологии, геологии, геофизики вулканизма, студентам и аспирантам соответствующих специальностей.

Рассматриваются геологическая история и петрология крупного полигенного вулканического сооружения верхнеплейстоцен-голоценового времени. Этот долгоживущий вулканический центр знаменателен совместным проявлением магм базальтового и трахибазальтового составов, представленных базальт-андезитовой и трахибазальт-трахиандезитовой сериями. Делается вывод о генетической автономности сосуществующих родительских магм, генерированных в разных глубинных источниках области верхней мантии. Разнообразие составов вулканитов обязано многостадийной пространственно-временной кристаллизационной дифференциации магм и смешению последних в промежуточных очагах.

About activity of Bezymianny Volcano, Kamchatka, in 2016−2017.

В голоценовое время наибольшая вулканическая активность на Камчатском полуострове проявлялась в пределах Ключевской группы вулканов (КГВ). КГВ расположена в северной части Центральной Камчатской депрессии (ЦКД) на плато высотой около 1000 м и состоит из тринадцати вулканов, породы которых значительно отличаются друг от друга по петрографии, минералогии, содержанию кремнезема, по макро- и микроэлементному составу. Вопрос разнообразия вулканических пород является одним из наиболее острых среди вопросов магмообразования не только в КГВ, но и во всей Камчатской зоне субдукции. За последние десятилетия в отечественной и зарубежной печати появилось большое число работ, посвященных изучению пород КГВ, однако в большей части публикаций рассматриваются продукты исторических и голоценовых извержений. Более того, породы некоторых объектов КГВ не изучались вообще, некоторые объекты были обследованы в середине XX в., и об их породах известны лишь грубые петрохимические характеристики. Таким образом, геохимические и возрастные взаимоотношения вулканов Ключевской группы во многом остаются неясными. Вряд ли возможно понять эволюцию магматического вещества в пределах КГВ в пространстве и времени без рассмотрения вулканизма, происходившего в доголоценовое время как для каждого вулкана, так и для всего региона в целом.
Малоизученными объектами КГВ являются не только такие ныне потухшие вулканы, как Удины Сопки, Зимины Сопки и Горный Зуб, но и среднеплейстоцен-голоценовые вулканы Острый Толбачик и относящийся к активным Плоский Толбачик, на склонах которого в течение последних 10 тыс. лет активно работает зона моногенных шлаковых и шлаколавовых конусов, извергающих породы различного химического состава. Геологическая история формирования Толбачинского массива с возрастным и вещественным разделением вулканических проявлений в голоцене, описана во многих работах после Большого трещинного Толбачинского извержения 1975–1976 гг. (БТТИ). Голоценовым и историческим извержениям моногенных конусов и вулкана Плоский Толбачик посвящено более 900 российских и зарубежных публикаций. В то же время петролого-геохимическая информация по плейстоценовому периоду развития Толбачинского массива практически отсутствует.
В семидесятых годах прошлого века была составлена геологическая карта Толбачинского массива, дано описание петрографического и минерального состава пород, а также получены первые химические анализы пород на макроэлементы. Несмотря на огромный интерес к Большому трещинному Толбачинскому извержению 1975–1976 гг. и многочисленные публикации о разнообразном составе его продуктов, геохимические и изотопные исследования самих стратовулканов не проводились, и их вещественная эволюция и связь с зоной моногенного вулканизма до сих пор оставались неизвестными. Только после извержения 2012—2013 гг. появилось несколько работ, посвященных Толбачинскому массиву.
Для определения мантийных и флюидных источников пород Толбачинского вулканического массива и выяснения взаимоотношений пород его разновозрастных комплексов в настоящей работе представлены геологические, петрографические, петрохимические, геохимические, изотопные данные, а также данные K-Ar датирования. В главе использована представительная коллекция из 155 образцов, собранная со всех перечисленных выше объектов Толбачинского массива, включая моногенные конусы различных возрастных групп, вплоть до последнего извержения 2012–2013 гг. Кроме того, были исследованы образцы горы Поворотной, расположенной в 8 км к северо-востоку от Плоского Толбачика, а также образцы лав основания КГВ, опробованных в обнажениях долины р. Студеной. Комплексное изучение Толбачинского вулканического массива позволило не только получить информацию по петрологии и геохимии самого массива, но также понять взаимоотношения пород массива с соседними вулканическими проявлениями в КГВ.

Ключевская группа вулканов (КГВ) располагается в северной части Центральной Камчатской депрессии (ЦКД) и является одной из самых крупных и наиболее активных вулканических структур на Камчатке и в мире. В южной части КГВ находится позднеплейстоцен-голоценовый Толбачинский массив, который извергался неоднократно в течение голоцена и исторического времени.
Первые исторические описания активности Толбачинского массива были выполнены русским исследователем Степаном Крашенинниковым, сделавшим записи об извержении Толбачика 1739 года. Позднее, в течение 20-го столетия, исследователи изучали и публиковали данные о многочисленных доисторических и исторических извержениях как на вершине вулкана Плоский Толбачик, так и в зоне моногенных конусов на юго-юго-западном фланге массива. В основном эти работы были посвящены динамике извержений и постэруптивным изменениям, морфологии вершинной части вулкана.
Всемирную известность вулкан Толбачик приобрел только после Большого трещинного Толбачинского извержения 1975–1976 гг. (БТТИ), когда в течение полутора лет на южном склоне вулкана сформировались четыре новых моногенных конуса и связанные с ними лавовые поля. Это извержение излило на поверхность высоко-Mg и высоко-Al базальты с общим объемом продуктов извержения (лава и тефра) 2,2 км3, что сделало его одним из крупнейших извержений XX века. В период между БТТИ и извержением 2012–2013 гг. множество публикаций в российских и международных журналах представляли данные об извержении Толбачика 1975–1976 гг. Благодаря этому к настоящему времени большинство существующей информации по Толбачинскому вулканическому массиву относится к извержению 1975–1976 гг. В то же время другие части этого грандиозного массива и прилегающие к нему моногенные конусы и лавовые поля изучались в гораздо меньшей степени.
В той же зоне моногенных конусов, что и извержение 1975–1976 гг., в 2012 г. началось новое крупное извержение – Трещинное Толбачинское извержение имени 50-летия ИВиС (ТТИ-50). Задача настоящего раздела – дать обзор накопленных знаний и существующих гипотез по геологии, тектонике, петрологии, геохимии, геофизике и истории развития Толбачинского вулканического массива к началу ТТИ-50.

High-precision electron microprobe analyses were obtained on olivine grains from Klyuchevskoy, Shiveluch and Gorely volcanoes in the Kamchatka Arc; Irazu, Platanar and Barva volcanoes of the Central American Arc; and mid-ocean ridge basalt (MORB) from the Siqueiros Transform. Calcium contents of these subduction zone olivines are lower than those for olivines from modern MORB, Archean komatiite and Hawaii. A role for magmatic H2O is likely for subduction zone olivines, and we have explored the suggestion of earlier workers that it has affected the partitioning of CaO between olivine and silicate melt. We provide a provisional calibration of DCaO Ol/L as a function of magmatic MgO and H2O, based on nominally anhydrous experiments and minimally degassed H2O contents of olivine-hosted melt inclusions. Application of our geohygrometer typically yields 3–4 wt % magmatic H2O at the Kamchatka and Central American arcs for olivines having 1000 ppm Ca, which agrees with H2O maxima from melt inclusion studies; Cerro Negro and Shiveluch volcanoes are exceptions, with about 6% H2O. High-precision electron microprobe analyses with 10–20 lm spatial resolution on some olivine grains from Klyuchevskoy and Shiveluch show a decrease in Ca content from the core centers to the rim contacts, and a sharp increase in Ca in olivine rims. We suggest that the zoning of Ca in olivine from subduction zone lavas may provide the first petrological record of temporal changes that occur during hydration of the mantle wedge and dehydration during ascent, and we predict olivine H2O contents that can be tested by secondary ionization mass spectrometry analysis.

A series of large caldera-forming eruptions (361–38 ka) transformed Gorely volcano, southern Kamchatka Peninsula, from a shield-type system dominated by fractional crystallization processes to a composite volcanic center, exhibiting geochemical evidence of magma mixing. Old Gorely, an early shield volcano (700–361 ka), was followed by Young Gorely eruptions. Calc-alkaline high magnesium basalt to rhyolite lavas have been erupted from Gorely volcano since the Pleistocene. Fractional crystallization dominated evolution of the Old Gorely magmas, whereas magma mixing is more prominent in the Young Gorely eruptive products. The role of rechargeevacuation processes in Gorely magma evolution is negligible (a closed magmatic system); however, crustal rock assimilation plays a significant role for the evolved magmas. Most Gorely magmas differentiate in a shallow magmatic system at pressures up to 300 MPa, ∼3 wt% H2O, and oxygen fugacity of ∼QFM + 1.5 log units. Magma temperatures of 1123–1218 °C were measured using aluminum distribution between olivine and spinel in Old and Young Gorely basalts. The crystallization sequence of major minerals for Old Gorely was as follows: olivine and spinel (Ol + Sp) for mafic compositions (more than 5 wt% of MgO); clinopyroxene and plagioclase crystallized at ∼5 wt% of MgO (Ol +Cpx + Plag) and magnetite at ∼3.5 wt% of MgO (Ol + Cpx + Plag +Mt). We show that the shallow magma chamber evolution of Old Gorely occurs under conditions of decompression and degassing. We find that the caldera-forming eruption(s) modified the magma plumbing geometry. This led to a change in the dominant magma evolution process from fractional crystallization to magma mixing. We further suggest that disruption of the magma chamber and accompanying change in differentiation process have the potential to transform a shield volcanic system to that of composite cone on a global scale.